摄像机，光线推进机器视觉户外

像Nosferatu一样，阳光长期以来一直是户外机器视觉应用的祸根。

虽然太阳在物理上是机器视觉的最佳照明来源之一——在可见光和红外光谱上提供稳定、平坦的光源——但云和遮蔽物是雄心勃勃的机器视觉系统设计师的核心部分。太阳穿过天空的路径或不断变化的天气条件引起的环境光条件的剧烈波动，可能对最先进的芯片上的相机控制构成挑战。对于那些决心解决监控、农业或其他户外应用挑战的勇敢的人来说，通常的反应是将该系统埋在一个封闭的环境中，以将摄像机隐藏在阳光下，并用更可预测的人造光源代替太阳来填补黑暗。

今天，摄像机传感器设计和固态照明的进步正在帮助克服户外机器视觉应用在娱乐、农业、安全和军事领域面临的障碍。

“我们看到越来越多的客户愿意把机器视觉系统放在户外，”雷克斯·李博士说Pyramid Imaging，Inc。(佛罗里达州坦帕市)。“有些是边境安全和无人驾驶汽车应用中的传统监控类型的客户。还有一些是在智能交通行业，我们最近在娱乐行业也有一些很棒的应用。”

鉴于金字塔成像在坦帕的位置 - 距离美国最繁忙的旅游目的地之一，距离奥兰多之路仅有很短的车程 - 这是户外娱乐应用的最前沿。根据李博士的说法，他的团队很惊讶地发现，旨在捕捉人们的面孔的成像系统，因为它们沿着过山车尖叫着他们的方式是最具挑战性的。

“娱乐业在渲染色彩方面非常关键，”李博士说。“他们很久以前就知道，如果你看起来被晒伤了，或者你最喜欢的运动衫的颜色不对，(顾客)可能不会买你的衣服。”

解决方案在相机的开放期间，在所有光条件下，在所有光条件下选择具有纯色响应的右侧相机，在相机的打开曝光期间将灯泡闪光。这允许相机捕获非常一致的图像，而不管一天或环境光条件如何。“新的高功耗LED真的有助于举办应用，而无需增加维护或更换成本，”李说。

在选择合适的相机时，数据单是不够的。李博士的团队必须以不同的面料和纹理作为测试目标来测试相机。他指出:“灯芯绒确实是个问题，尤其是红色的深度变化，以及moiré效应，因为材料中的重复图案。”

最后，当它来系统设计时，时间就是一切。“这可能是用明亮的光线闪光的最重要的技巧之一，并且在频闪期间暴露相机，这需要非常准确的相机触发，”李博士解释说。“这是在这些应用中使用机器视觉摄像机而不是消费者级相机的一个主要原因。”

他认为智能交通系统（ITS）和车牌读者相同，“如果光线必须非常快速地闪光，以便不分散驾驶员但捕获可读图像。现在还提前了，但新的相机具有先进的动态范围和非常快速的自动增益和曝光控制可以让我们在没有闪光的情况下获得良好的图像。但到目前为止，我们没有看到这些较新摄像机的很多电话。“

新型CMOS传感器使户外应用成为可能
很少有公告对索尼打算在其最活跃的200毫米CCD生产线上停止生产的远程影响。

据FCB & MV产品营销经理Marci Garcia介绍索尼的视觉成像解决方案元器件解决方案事业部，有几个因素促成了CCD传感器的停止，以支持CMOS传感器。索尼已经收购了一些专门从事宽动态范围CMOS传感器的公司，随着Pregius图像传感器的引入，索尼现在可以提供CMOS动态范围，同时超过了ccd级图像质量，并使用全球快门，而不是CMOS的传统滚动快门架构。

“全球快门CMOS相机在智能交通系统，以及传统上使用模拟相机的交通和水路监控中发挥了巨大作用，”Garcia说。“但这不仅仅是关于改进传感器。它还将在芯片上进行更多的图像处理，用于缺陷像素校正、阴影校正、面积增益——所有这些功能都有助于降低噪声和提高性能。”

加西亚还提到了索尼最近推出的Starvis颜色传感器。这些背光传感器提供了令人难以置信的光敏性和色彩渲染，即使在极端低光条件下-下一代过山车尖叫捕捉以及关键监控和ITS系统的完美解决方案。

“有了Starvis，你可以使用快门速度，在几乎没有环境光或根本不使用频闪灯的黑暗中捕捉车牌，”加西亚说。索尼A7S II传感器就是一个很好的例子，它的ISO灵敏度评级超过409,000。这种超低光性能是CCD传感器无法实现的。”

索尼在市场上的地位，以及其终止CCD生产的计划，帮助了其他CMOS传感器制造商。“我们的工业传感器，如Sapphire和Ruby系列，被我们的机器视觉摄像机制造合作伙伴广泛使用，因为他们提供全球和滚动快门，而不需要在性能上妥协，这对工业应用是至关重要的，”Gareth Powell解释说e2v（圣埃格莱夫，法国）。“虽然对于滚动快门CMOS传感器，但是在整个帧曝光期间需要照亮场景，随着全局快门，您可以将其亮起，以少于帧周期并节省相当大的电源，因此它不仅仅是关于运动。”

Francis Pang，E2V应用工程师说：“一般来说，这就是机器视觉行业最好的：他们采取传感器并将其应用于许多不同的应用程序。在E2V，我们的应用程序特定的标准产品团队为这些客户提供服务，但我们也可以寻找我们可以在像素级别进一步优化传感器的应用，而不是制作一个尺寸适合的传感器。“

作为一个例子，Pang参考了e2v的Onyx 1.3万像素图像传感器内置的距离门控。庞说:“这种微光传感器是为监视而设计的，通过增加时间门控，我们让传感器能够穿透雾和昏暗物。”“该产品来源于我们的Ruby传感器，在850 nm以上的量子效率为50%，非常适合使用可见光和红外光的工业和户外监控应用。”

XIMEA (Marianka, Slovakia)首席执行官Max Larin表示，尽管CMOS成像技术势头强劲，但CCD在微光应用领域仍有一些技巧，比如最新的CMOS传感器，具有特定区域的处理能力。Larin指的是ON Semiconductor的kai -02150 CCD传感器，该传感器能够对单个像素捕获的电荷进行取样，而不会破坏它，然后根据该像素的光水平引导电荷通过一个低增益或高增益放大器。

然而，像金字塔博士一样的成像专家很快就表明，在IR和可见的相机中具有敏感的敏感只是挑战的一部分。“如果你要看一下物品，你想在IR中可以捕捉尽可能多的灯光，你需要确保你的镜头纠正到那些比波长，”他说。“否则，会有一些模糊。”